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Gegenstromwirbelschicht -Apparat Für die Behandlung von körnigen,
insbesondere pulverigen Gütern wird vielfach das sogenannte Wirbelschichtverfahren
angewandt. Es ist bekannt, bei kontinuierlichen Wärme- und Stoffaustauschprozessen,
bei denen Gegenstromführung von Feststoff und Gas zweckmäßig ist, mehrere Wirbelschichten
übereinander anzuordnen, wobei das Gas jeweils von der unteren zur nächsthöheren
und das Gut von der oberen zur nächstniederen Schicht geführt wird.
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Dabei waren innerhalb der einzelnen Schichten Gutzulauf und Gutablauf
auf verschiedene Weise einander zugeordnet worden, so daß abgesehen von der Wirbelbewegung
der einzelnen Partikelchen in der Schicht die Fließrichtung des Gutes von unten
nach oben, also im Gleichstrom, oder von einer Seite zur anderen, also in einem
unsymmetrischen Querstrom oder auch in einem unsymmetrischen Gegenstrom innerhalb
der Schicht bewegt wird, ohne daß die Schicht von dieser Bewegung im ganzen erfaßt
wurde.
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Ziel der Erfindung ist ein Gegenstromwirbelschicht-Apparat, in dem
das Gut in an sich bekannter Weise von oben nach unten über mehrere Zwischenböden
wandert, in dem die Verweilzeit auf den einzelnen Böden trotz der Wirbelbewegung
möglichst einheitlich ist und ein möglichst symmetrischer Fluß des Gutes unter Ausfüllung
des gesamten Schichtvolumens von seinem Austritt zum Ablauf hin sowie eine gleichmäßige
Gasverteilung und Vermeidung von Kanalbildung erreicht wird.
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Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen jede zweite Siebplatte mit
einem Gutablauf in der Mitte und die dazwischenliegende mit einem Gut ablauf am
Außenrand versehen ist. Hierbei kann der Gutablauf ein ringförmiger Raum zwischen
der Behälterwandung und dem Boden sein, der Boden kann aber auch bis zur Wand des
Behälters geführt sein, wobei der Ablauf durch mehrere peripher angeordnete Öffnungen
erfolgt.
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Die Zwischenböden können beispielsweise aus Siebgeweben, Lochblechen
oder sogenannten Streckmetallplatten gebildet sein.
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Die Vorrichtung der Erfindung besteht ebenfalls aus einem Gegenstromwirbelschicht-Apparat
mit mehreren perforierten Zwischenböden, deren Abläufe für das Festgut abwechselnd
peripher und zentral angecrdnet sich und deren Ablaufkanten mit nach unten gerichteten
Kragen versehen sind und mit einer unterhalb der Böden angeordneten Gaskammer, und
ist dadurch gekennzeichnet, daß die mit peripherem Ablauf versehenen Böden von einer
drehbaren Mittelachse getragen werden.
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Durch die drehbare Mittelachse werden die Böden
mit peripherem Ablauf
in Rotation versetzt, doch kann auch den mit zentralem Auslauf versehenen Böden
mit Hilfe an sich bekannter Vorrichtungen eine rotierende Bewegung erteilt werden,
wobei jeweils zwei benachbarte Böden sich in entgegengesetzter Richtung bewegen.
Es genügt hierbei im allgemeinen eine relativ niedrige Drehzahl und damit eine vernachlässigbar
geringe Antriebsleistung.
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Bei leicht verklumpenden oder zusammenbackenden Gütern werden durch
die Relativbewegung etwaige größere Agglomerate zerkleinert. Diese Zerkleinerung
kann noch unterstützt werden, wenn man zusätzliche Zerkleinerungsleisten oder mit
Flügeln versehene Rührvorrichtungen in den einzelnen Schichten anordnet. Die Böden
können außerdem noch in an sich bekannter Weise in eine Schwingbewegung versetzt
werden. Durch die Drehung der Böden wird die Kanalbildung in den Wirbelschichten
verhindert.
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In bisher bekannten Vorrichtungen mit einer nicht durch Böden aufgeteilten
Wirbelschicht wurde Kanalbildung durch Querrütteln unterbunden; eine Gegenstromführung
von Gas und Feststoff ist jedoch mit dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Man kann die Zwischenböden in bekannter Weise zusätzlich mit Wärmeaustauschvorrichtungen
versehen, die mit flüssigen gas- oder dampfförmigen Heiz- oder Kühlmedien beschickt
werden, oder elektrische Widerstände als Heizvorrichtung einbauen.
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Ebenso kann auch die Behältervand entsprechend zum Heizen oder Kühlen
eingerichtet sein, beispielsweise durch einen Heizmantel oder ein Heizrohrsystem.
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Diese Wärmeaustauschvorrichtungen können in an sich bekannter Weise
auch aus getrennt zu beaufschlagenden Segmenten bestehen, wenn auf den verschiedenen
Böden unterschiedliche Temperaturen erwünscht sind.
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Je nach dem jeweiligen Anwendungszweck kann die Zahl der Zwischenböden
variieren. Ferner kann das Verhältnis von Durchmesser zu Höhe der einzelnen Abschnitte
unterschiedlich sein. Durch Einbauten kann eine Veränderung des Querschnittes über
der Höhe erzielt werden, falls verschiedene Dichten der Wirbelschicht erwünscht
sind oder falls sich während des Prozesses die Korngröße oder das Gewicht der Feststoffteilchen
ändert.
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Man kann auch Mittel vorsehen, mit deren Hilfe zwischen einzelnen
Böden Gase abgezogen und frische zugeführt werden bzw. kann man Teilströme des Gases
durch diese Vorrichtungen abziehen und in irgendeiner Weise aufbereiten, z. B. kühlen,
aufheizen oder mit Zusätzen versehen und wieder in die Vorrichtung zurückführen.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung des Gegenstromwirbelschicht-Apparates
besteht also darin, daß gleichzeitig ein Gegenstrom von Gas und Feststoff unter
Aufwirbelung des Gutes auf den einzelnen Böden erreicht und Kanalbildung vermieden
wird, wobei auf den Böden im Mittel ein Querstrom zwischen Festgut und Gas herrscht.
Diese Behandlungsweise ist für zahlreiche Prozesse, wie Kühlen, Heizen, Trocknen,
insbesondere von Pulvern, z.B.
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Kunststoffen, Sand, Düngesalzen oder anderen Salzen, Mehl usw., geeignet.
Innerhalb der einzelnen aufgewirbelten Schichten wird eine gleichmäßige Aufenthaltszeit
und eine intensive Berührung zwischen Gas und Festgut erreicht.
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Ausführungsformen des Gegenstromwirbelschicht-Apparates sind in den
Zeichnungen veranschaulicht.
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In der Ausführungsform nach Abb. 1 werden dem zylindrischen Behälter
1 durch die Leitung 2 über die Kammerwalze 3 feinkörnige oder pulverige Feststoffe
zugeführt. Diese bewegen sich über die verschiedenen Böden abwärts, und zwar über
die mit peripherem Auslauf versehenen Böden 4, 4 a, 4 b, die mit den mit zentralem
Ablauf versehenen Böden 5, 5 a und 5b abwechseln. Die abwärts gerichteten Kragen
der peripheren Abläufe sind mit 6, 6 a und 6 b bezeichnet, die der zentralen Abläufe
mit 7 und 7 a. Durch ein zentrales Rohr 8 wird das behandelte Festgut über eine
Kammerwalze 9 vom letzten Boden abgeführt. Das aufzuwirbelnde Gas tritt durch 10
in die im unteren Abschnitt des Behälters angeordnete Kammer 11 ein und strömt durch
verschiedene Zwischenböden zum oberen Ende des Apparates, von wo es durch 12 über
Leitung 13 von einem Zyklon 14 angesaugt wird. Mitgerissene Feststoffanteile werden
hier im Abschnitt 15 des Zyklons gesammelt und treten durch 16 über die Kammerwalze
17 aus der Vorrichtung aus, das von Feststoff befreite Gas verläßt den Zyklon bei
18.
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Die Böden 6, 6a, 6b werden von dem von oben her axial in den Behälter
eintretenden Schaft 19 getragen, der durch eine nicht gezeigte Antriebsvorrichtung
gedreht werden kann, so daß die Böden rotieren.
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Die Böden 5, 5 a, 5b werden von der Wandung des Behälters getragen.
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In Abb. 2 stellt 21 analog zu Abb. 1 einen zylindrischen Behälter
dar, der sich nach oben konisch erweitert. Er wird durch 22 mit dem zu behandelnden
Festgut beschickt. Die Bauteile 24 bis 28 sowie 30 bis 32 entsprechen den mit 4
bis 8 sowie 10 bis 13
bezeichneten der Abb. 1. 39 ist die durch eine nicht gezeigte
Vorrichtung drehbare, hohle Mittelachse, die die Böden 24, 24 a, 24b trägt. Durch
diese Achse wird über die Zuleitung 40 ein Heizmittel, z. B.
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Dampf oder auch ein Kühlmittel zugeführt. Dieses tritt von der Mittelachse
her in die spiralig gewundenen, den Böden 24, 24 a, 24b zugeordneten Wärmeaustauschrohre
41, 41 a und 41 b ein und strömt von hier durch das koaxial in 39 angeordnete Rohr
42 ab. Der Behälter 21 ist von einem mit Zu- und Abführstutzen für dasWärmeaustauschmittel
versehenen Mantel 43 umgeben, der mit spiralig gewundenen Wärmeaustauschrohren 44
und 44 a, die den Böden 25 und 25 a zugeordnet sind, in Verbindung steht.
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Abb. 3 zeigt eine Aufsicht auf eine der unterhalb der Böden angeordneten
Rohrschlangen 41. Sie ruht auf den Stegen 45, die fest mit der hohlen Mittelachse
39 verbunden und an der gegenüberliegenden Seite am Kragen 26 befestigt sind. Analog
hierzu sind die mit dem Mantel in Verbindung stehenden Rohrschlangen 44 auf Stegen
46 gelagert, die an der Wandung befestigt und an der gegenüberliegenden Seite mit
dem Kragen 27 fest verbunden sind.
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Selbstverständlich braucht nicht jedem Boden Wärmeaustauscher zugeordnet
zu sein, sondern diese können nur in einzelnen Abschnitten vorgesehen werden.